SportWetenschap

Energiezuinige schaatsen en hardloopschoenen

via Wikimedia Commons [Stranger~ruwiki at Russian Wikipedia / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

De ‘springveerschoenen’ van Nike geven stof tot discussie. De een rept van mechanische doping, de ander noemt het een onvermijdelijke innovatie en verwijst naar de klapschaats, die inmiddels niet meer weg te denken is op het ijs. Een juiste vergelijking?

Jos de Koning en zijn collega bewegingswetenschappers van de VU stonden wel even raar te kijken toen de eerste solide experimentele resultaten van de klapschaats rond het jaar 2000 uitgewerkt waren. De theorie die Gerrit Jan van Ingen Schenau, de het jaar ervoor overleden ‘godfather’ van de innovatieve schaats, altijd voor ogen had gehad, bleek niet helemaal te kloppen. Het voordeel van de krachtigere schaatsslag zat hem niet alleen in een explosievere enkelstrekking tijdens de afzet. Het energiegebruik was op de klapschaats gewoon efficiënter, zo lieten de metingen bij de zes junioren van de Nederlandse selectie zien.

De innovatieve superschaats had inmiddels de professionele schaatswereld volledig veroverd maar nu pas werd duidelijk waarom sinds de intrede ervan het ene schaatsrecord na het andere eraan gegaan was. Het had lang geduurd om de schaatswereld te overtuigen (zie kader ‘De professor en zijn damesschaats’). In 1985 werd onder leiding van Van Ingen Schenau de eerste klapschaats al op de VU gefabriceerd. De hoogleraar had oog voor slimme materiaalaanpassingen die atleten sneller vooruit konden helpen. In hetzelfde jaar publiceerde hij bijvoorbeeld een artikel in het boek Biomechanics XI-B over de schokabsorberende eigenschappen van loopschoenen: zijn collega’s en hij hadden berekend dat tijdens het hardlopen zo’n tien procent van de verbruikte energie door de schoen werd opgeslorpt. Terwijl dit inzicht vooral een aantal Amerikaanse wetenschappers aanspoorde om te kijken of met ingenieus schuimmateriaal in de zool het energieverlies ingeperkt kon worden, zag Van Ingen Schenau de klapschaats als zijn roeping. Zijn berekeningen lieten namelijk zien dat een schaats met een scharnierpunt onder de bal van de voet tijdwinst zou opleveren omdat het voor een schaatser nu wel mogelijk werd om tijdens de afzet zijn enkel volledig te strekken door meer van zijn kuitspieren te gebruiken. Op de conventionele schaats moest een schaatser die enkelstrekking juist onderdrukken: anders zou hij met de punt in het ijs prikken.

Zuurstofmetingen

Maar vijftien jaar later bleek de klapschaats op de ijsbaan van Dronten toch anders te werken. De onderzoekers hadden de junioren, drie jongens en drie meiden, vier keer vier rondjes laten schaatsen, waarbij ze de klapschaats afwisselden met de klassieke Noor. Dit was geen probleem voor de talenten, ze waren opgegroeid met beide type schaatsen en hoewel ze in de wedstrijden alleen de klapschaats onderbonden, gebruikten ze de conventionele schaats met het vaste ijzer ook nog steeds in hun trainingen. De jonge schaatsers kregen een plastic zak op hun rug waarin de lucht die ze via een mondstuk in- en uitademden verzameld werd (om het zuurstofverbruik te bepalen) en plakkers op hun schaatspak ter hoogte van de nek, heup, knie en enkel (om met behulp van video de schaatsbeweging te volgen).

De metingen maakten duidelijk waarom het makkelijker schaatsen was op de klapschaats. Want tijdens de submaximaal test, waarbij de junioren met een afgesproken snelheid van 9 meter per seconde moesten schaatsen, was het zuurstofverbruik op de klappers zo’n 8 procent lager. Dit, terwijl er even hard geschaatst werd en de schaatshouding niet anders was dan op de conventionele schaats. Het betekende dat de efficiëntie van het schaatsen, het gemak waarmee het lichaam de uit de zuurstofverbranding gegenereerde energie weet om te zetten in voorwaartse snelheid op het ijs, verbeterde van 14,8 naar 16,3 procent. Het zorgde ervoor dat de junioren tijdens de maximaal test, toen ze voluit mochten gaan, 3,3 procent harder op de klapschaatsen dan op de klassieke Noren gingen, terwijl het zuurstofverbruik op beide schaatsen hetzelfde was.

Dit laatste betekende ook dat de extra vaart die de schaatsers op de klapschaats konden maken niet kwam doordat de hoeveelheid spiermassa die tijdens het schaatsen werd geactiveerd groter was. Op de klapschaats werden de kuiten anders gebruikt dan Van Ingen Schenau altijd had gedacht. Dit bleek ook uit de videobeelden: die lieten een minimale verschil in enkelstrekking zien wanneer de junioren de klapschaats of de conventionele schaats onder hadden. Later kwamen de onderzoekers erachter dat het geheim hem juist in de bovenbeenspieren zit: die kunnen op de klapschaats efficiënter kracht leveren.

Vooruitgang

Dat de oorspronkelijke theorie niet klopte, het was leuk voor de wetenschappers maar het zal de Nederlandse schaatsers op dat moment niet veel geboeid hebben. Want zij wisten ten tijden van de Olympische Spelen in Nagano in 1998 dit keer wel op tijd te profiteren van een belangrijke innovatie op schaatsgebied. De Winterspelen daarvoor, in Hamar, hadden onze landgenoten te laat ingezien dat het nieuwe ijzer van poedermetallurgisch staal dat onder andere Johann Olav Koss onder zijn schaatsen had gemonteerd, toch wel erg soepel over het ijs gleed. Die afwachtende houding werd meteen afgestraft en de Nederlandse ploeg kwam thuis met een schamele medailleoogst van vier.

“Dingen verbeteren hoort bij de sport, of dit nou met training of met materiaal is”, vertelt De Koning aan de telefoon. “Innovatie is nodig om de sport vooruit te brengen.” Dat dit in ieder geval voor de schaatssport geldt, laat een eerdere analyse van de progressie van de 1500 meter vanaf 1950 tot 2010 door De Koning zien. In die periode verbeterde het wereldrecord met 27,56 seconden en de helft daarvan kon op het conto van technologische vernieuwingen geschreven worden, aldus De Koning.

Die vernieuwingen omvatten meer dan de klapschaats, denk aan gladder ijs door rekenkundige ijsmeesters en krachtigere Zamboni’s, aerodynamische pakken, overkapte ijsbanen op hoogte en beter glijdende ijzers. Maar de klapschaats blijkt wel het meeste hulp te bieden. Terwijl De Koning schat dat meer en betere training het fysiologisch geleverde vermogen van de 1500 meter kampioenen de afgelopen vijftig jaar met 25 procent heeft verbeterd, krikte de klapschaats dat vermogen in no time met 12 procent omhoog.

Wondersloffen

Met dank aan de toename in efficiëntie, waardoor met eenzelfde energie meer vermogen geleverd kan worden. Het is hetzelfde principe dat schuilt achter de hausse aan records bij het langeafstandslopen, en met name de marathon, sinds Nike zijn revolutionaire ‘springveerschoenen’ introduceerde. Het drietal (1, 2, 3) studies waarin de zuurstofopname van atleten werd gemeten tijdens het hardlopen op een band die met constante snelheid draaide, lieten voor de wondersloffen een vermindering van het energieverbruik van rond de vier procent zien in vergelijking tot ander modern wedstrijdschoeisel.

De Koning verbaast zich niet over de innovatie. “Als hier dertig jaar geleden al over gesproken werd, dan mag ik aannemen dat ze niet stil hebben gezeten.” Het blijkt zo te zijn. Want sinds Van Ingen Schenau in 1985 al repte over het energieverlies van hardloopschoenen is er ruim aandacht in de wetenschappelijke literatuur voor manieren om de middenzool te veredelen. Hoe precies? Door gebruik te maken van innovatief materiaal dat door ruim mee te geven energie kan opslaan maar tevens voldoende veerkrachtig is waardoor de energie weer teruggegeven kan worden.

Maar spectaculair was de verbetering lange tijd niet, onderzoekers waren al blij wanneer ze een winst van één procent vonden. Daarvoor konden ze net zo goed de schoen lichter proberen te maken, want voor iedere 100 gram eraf levert dat ook één procent winst op. Net als de toevoeging van een koolstof plaat die als een soort hefboom dienst kan doen. Het leken marginale verbeteringen totdat Nike een stel knappe koppen in het laboratorium bij elkaar riep en de gouden mix van lichtgewicht Pebax schuim en een optimaal gebogen lepelvormige carbon tussenplaat ontdekte.

Wedloop

Hoewel een vier procent verbetering in efficiëntie nog steeds maar de helft van het voordeel van de klapschaats in de studie van de VU is, heeft dit getal vooralsnog alleen betrekking op het eerste model van Nike, de Vaporfly 4% (jawel, de schoenenfabrikant doelde al op het efficiëntie-voordeel), die in wetenschappelijke studies getest is. Maar die vier procent geldt wel in vergelijking tot een Adidas schoen die in eerdere studies ook al als energiezuinig werd bestempeld. Inmiddels is ook de opvolger, de Vaporfly Next%, al een tijdje op de markt, maar van deze schoen is het nog onduidelijk op welk percentage efficiëntie-verbetering het woordje ‘Next’ slaat. Dit geldt ook voor de jongste loot aan de Nike-stam, de Alphafly Next%, die door het Amerikaanse bedrijf vier dagen nadat de Wereldatletiekunie de nieuwe schoenreglementen afkondigde -dikte van de zool maximaal vier centimeter en slechts één carbonplaat erin; vanaf 30 april minimaal vier maanden beschikbaar- aan het looppubliek werd voorgesteld.

Liefhebbers van het ‘pure’ hardlopen vrezen een wedloop tussen de schoenfabrikanten naar nieuwe technologische hoogstandjes waarbij Nike al een dusdanig grote voorsprong heeft dat, zoals de afgelopen jaren reeds het geval was, voorlopig alleen atleten op schoenen met spekzolen en een swoosh-logo als eerste de finishlijn zullen passeren. De Koning ziet dit probleem niet. “Zolang alle energie maar uit de atleet zelf komt, daar ligt voor mij de grens. Nu er regels zijn, is het aan de andere fabrikanten om te kijken naar slimme manieren om hun schoenen beter te maken. Zo werkt innovatie nu eenmaal, ik kan me niet voorstellen dat zij de afgelopen jaren achterover geleund hebben en alleen Nike nagedacht heeft over de schoenen.”

Daarbij moet wel rekening gehouden met de octrooien die Nike heeft aangevraagd. Logisch, aldus De Koning. “Bij een innovatie begint het altijd met het vastleggen van het idee, later pas ga je kijken of er ook evidentie is.” Het was ook de bedoeling met de klapschaats, totdat Van Ingen Schenau erachter kwam dat iemand al op het idee van een scharnierende schaats was gekomen. Sinds 1894 bestaat er al een patent dat betrekking heeft op een schaats met een verticaal roteerbare voetplaat. Het patent met nummer DE78733 staat op naam van de Duitser Karl Hannes. Die leek het wel nuttig wanneer mensen op schaatsen hun voeten vrijelijk konden bewegen tijdens het sightseeën, het stuntschaatsen en andere manieren van reizen. Van Ingen Schenau liet het erbij zitten maar de klapschaats bracht sportfabrikanten er wel toe om allerhande verwante ideeën te patenteren. Met Nike voorop, aldus De Koning. “Nike heeft veruit het meeste octrooien op schaatsgebied, niet alleen van de klapschaats, met allerlei opties om de ijzers anders te laten scharnieren bijvoorbeeld, maar ook met aanpassingen aan de schaatspakken. Ze struinen gewoon met hun juristen het internet af en als ze erachter komen dat er nog geen octrooi van bestaat, dienen zij dat in.” 

Selectie

Hoewel de tot nu toe gepubliceerde wetenschappelijke studies alle drie een gemiddeld voordeel van de springveerschoenen vinden, wijzen tegenstanders ook op de grote variatie tussen proefpersonen: de ene atleet lijkt veel meer te profiteren van een betere loopefficiëntie op de Vaporfly 4% dan de ander. Het is intrinsiek aan sport, meent De Koning. “Bij iedere interventie heb je te maken met biologische variabiliteit. Elk mens reageert anders op prikkels. Wanneer ik aan krachttraining doe, gebeurt er amper iets met mijn spieren. Ik blijf een spijker. Mijn broer daarentegen wordt een Jerommeke. Het zal zeker zo zijn dat de loopefficiëntie van sommige lopers meer verbetert op nieuwe schoenen en dat hierdoor de atletenpopulatie iets verandert. Maar kijk je naar de groep echt snelle lopers, onder de 2 uur 6 of zo, dan is dat al een flinke selectie. Of door de schoenen nog een sub-selectie in die groep gaat ontstaan, zal de toekomst uitwijzen.” 

Ook toen de klapschaats werd geïntroduceerd leken niet alle schaatsers er even snel van te profiteren. Denk aan Gerard van Velde, die in 1998 vanwege de innovatie zijn schaatscarrière dacht te beëindigen maar vier jaar later op de ‘vervloekte’ klappers toch naar Olympisch goud schaatste. Het is te makkelijk om alleen op de klapschaatsen te wijzen, zegt De Koning. “Het klopt dat sommige schaatsers in de beginjaren van de klapschaats grote sprongen maakten en anderen amper. Maar komt dat dan alleen door de schaats? In die tijd waren de schaatscarrières een stuk korter dan nu waardoor er elk jaar meer toppers boven kwamen drijven of juist weer verdwenen. En een mentale component mag ook niet uitgesloten worden, er waren schaatsers die er gewoon niet aan wilden omdat ze het idee hadden dat de klapschaatsen niet sterk genoeg waren of dat ze hun techniek te veel moesten aanpassen.”

Anno 2020 hoor je niemand meer over de innovatie die in het begin nog door menig schaatser met afschuw werd bekeken. Bij de afgelopen WK in Salt Lake City werden zes wereldrecords verbroken. Dankzij de klapschaatsen. Dankzij de ijle lucht en het optimaal geprepareerde ijs van de overdekte Utah Olympic Oval. En dankzij de steeds uitgekiendere trainingsprogramma’s. Ze zorgen er allemaal voor dat de efficiëntie van het topschaatsen zich blijft verbeteren terwijl andere fysiologische kwaliteiten als maximale zuurstofopname en anaerobe capaciteit (het vermogen van het lichaam om energie uit de verbranding zonder zuurstof te genereren) al vijftig jaar niet veranderen. Het lijkt bij het hardlopen niet heel anders te zijn.

De professor en zijn damesschaats

Meer dan tien jaar duurde het voordat de klapschaats werd geaccepteerd door de professionele schaatssport. Nadat het eerste prototype in 1985 op de VU in elkaar was gezet, werd de noviteit met argusogen bekeken merkte De Koning, toen hij door zijn hoogleraar Van Ingen Schenau als een apostel eropuit werd gestuurd om proefpersonen voor de nieuwe vinding te vinden. De Koning kreeg steevast de vraag te horen: ‘Waarom schaatst de kernploeg er niet op?’ Dat die helemaal niet zat te wachten op de klapschaats, laat een aflevering van Andere Tijden Sport zien. De toenmalige Europees en wereldkampioen Hein Vergeer verwoordt daarin de scepsis van het team. “Dan moet je voorstellen, dan ben je kampioen en dan komt je coach naar je toe, Henk Gemser, en die zegt: ‘Jongens, luister. Nu komt de professor ons uitleggen dat we nog veel harder kunnen schaatsen dan dat we dat altijd al doen.’ Tuurlijk. Dan krijg je zes eigenwijze boeren, dat heette de kernploeg, en of die dan wel wilden luisteren naar een verhaal van een professor. Ja hoor.” Op verzoek van Van Ingen Schenau probeerde Vergeer de schaatsen nog even, maar al gauw trok hij zijn conclusie: ik vind dit helemaal niks. Het wantrouwen tegen de professor en zijn nieuwe uitvinding ging zelfs zover dat de meegebrachte klapschaatsen moedwillig in de kleedkamer vernield werden om de kwetsbaarheid ervan te benadrukken, zo vertelde De Koning aan Andere Tijden Sport.

Pas in het seizoen ’94-’95 lukte het de bewegingswetenschappers om elf junioren van het gewest Zuid-Holland zover te krijgen dat ze op klapschaatsen gingen rijden. Het legde de talenten geen windeieren: dat seizoen verbeterden hun prestaties op het ijs met 6,2 procent terwijl andere gewesten er slechts met 2,5 procent op vooruitgingen. Het jaar erop volgden de andere gewesten en hadden van de top tien op het NK junioren zeven de klapschaatsen onder. Hoewel winnaar Bob de Jong op gewone schaatsen reed, was het klip en klaar dat de innovatieve schaats ook bij de Nederlandse senioren voor een revolutie kon zorgen.

Waarvan akte. Want in 1996, wanneer Tonny de Jong, Carla Zijlstra en Barbara de Loor voor het eerst tijdens internationale wedstrijden op de klappers aan de start verschijnen, blijken de scharnierende schaatsen al snel een regelrechte hit. Zo wordt De Jong Europees kampioene door de destijds ongenaakbare Duitse Gunda Niemann achter zich te laten. Terwijl de kerels van de kernploeg in eerste instantie de klapschaats nog als een damesschaats beschouwen, stappen ook zij gezwind over op de wonderijzers. Twee jaar later wint de Nederlandse schaatsploeg op de Olympische Spelen in Nagano een recordaantal van elf medailles. Waarvan twee bij de vrouwen en negen bij de mannen. Van Ingen Schenau maakt dat nog net mee: in april 1998 overlijdt de ‘klapschaatsprofessor’ aan kanker.

Waardeer dit artikel!

Dit artikel las je gratis. Vond je het de moeite waard? Dan kun je jouw waardering laten zien door een kleine bijdrage te doen.

Mijn gekozen waardering € -

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *